So funktioniert eine Wärmepumpe
Verdampfen, verdichten, verflüssigen, entspannen — der Kreisprozess in vier Schritten.
Eine Wärmepumpe arbeitet wie ein umgekehrter Kühlschrank. Ein Kältemittel verdampft schon bei Minusgraden und nimmt dabei Umweltwärme auf. Ein Verdichter presst den Dampf zusammen, wodurch seine Temperatur stark steigt. Diese Wärme geht an das Heizungswasser, dann entspannt sich das Kältemittel wieder.
Der Kreisprozess in vier Schritten
Der gesamte Vorgang beruht darauf, dass sich der Siedepunkt eines Stoffes mit dem Druck verschiebt. Genau das nutzt die Wärmepumpe aus — sie erzeugt keine Wärme, sie transportiert vorhandene auf ein höheres Temperaturniveau.
- 1. Verdampfen
Im Verdampfer trifft flüssiges Kältemittel auf die Wärmequelle, also Außenluft, Sole oder Grundwasser. Weil es bei niedrigem Druck schon bei etwa minus zehn Grad siedet, verdampft es und entzieht der Quelle dabei Wärme.
- 2. Verdichten
Der elektrisch angetriebene Verdichter komprimiert den Dampf. Der Druck steigt, und mit ihm die Temperatur — auf 60 bis 90 Grad. Dieser Schritt verbraucht den Strom, den die Wärmepumpe benötigt.
- 3. Verflüssigen
Im Verflüssiger gibt der heiße Dampf seine Wärme an das Heizungswasser ab und wird dabei wieder flüssig. Hier entsteht die nutzbare Heizwärme, die in Heizkörper, Fußbodenheizung oder Warmwasserspeicher fließt.
- 4. Entspannen
Das Expansionsventil senkt den Druck schlagartig. Das Kältemittel kühlt dabei stark ab und ist bereit, im Verdampfer erneut Wärme aufzunehmen. Der Kreis beginnt von vorn.
Warum aus 1 Kilowattstunde Strom 4 werden
Der Verdichter muss nicht die gesamte Wärme erzeugen, sondern nur den Temperaturunterschied überbrücken. Drei Viertel der gelieferten Wärme stammen aus der Umwelt und sind kostenlos, ein Viertel ist eingesetzter Strom — daher eine Arbeitszahl um 4.
Daraus folgt unmittelbar: Je kleiner der zu überbrückende Temperaturunterschied, desto weniger Verdichterarbeit ist nötig. Deshalb wirken eine warme Quelle und eine niedrige Vorlauftemperatur direkt auf die Stromrechnung, und deshalb ist die Heizkurve die wichtigste Einstellung der ganzen Anlage.
Die Bauteile im Überblick
Neben dem Kältekreis gehören weitere Komponenten zu einer vollständigen Anlage:
| Bauteil | Aufgabe |
|---|---|
| Verdampfer | Nimmt Wärme aus Luft, Sole oder Wasser auf |
| Verdichter | Hebt Druck und Temperatur, verbraucht den Strom |
| Verflüssiger | Überträgt die Wärme auf das Heizungswasser |
| Expansionsventil | Senkt den Druck, kühlt das Kältemittel ab |
| Umwälzpumpen | Fördern Sole und Heizungswasser |
| Pufferspeicher | Überbrückt Sperrzeiten, verhindert Taktung |
| Warmwasserspeicher | Bevorratet Trinkwarmwasser |
| Regelung | Steuert Heizkurve, Warmwasser und Betriebszustände |
Das werden wir oft gefragt
Warum funktioniert das auch bei Minusgraden?
Weil das Kältemittel bei niedrigem Druck bereits um minus zehn Grad siedet. Solange die Außenluft wärmer ist als das Kältemittel im Verdampfer, fließt Wärme — und das ist bis etwa minus 20 Grad der Fall.
Ist eine Wärmepumpe dasselbe wie eine Klimaanlage?
Technisch sehr ähnlich, es ist derselbe Kreisprozess in umgekehrter Richtung. Eine Klimaanlage transportiert Wärme aus dem Raum nach draußen, die Wärmepumpe von draußen in den Raum. Viele Geräte können beides.
Erzeugt eine Wärmepumpe Wärme?
Nein, sie verlagert vorhandene Wärme auf ein höheres Temperaturniveau. Deshalb kann sie mehr Wärme liefern, als sie Strom aufnimmt, ohne den Energieerhaltungssatz zu verletzen — die Differenz stammt aus der Umwelt.
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